矿井排水系统设计技术统一口径

1、矿井排水系统设计技术统一口径一、设计原则和依据1 、遵循煤矿安全规程、煤矿井下排水泵站及排水管路设计规 、煤炭工 业矿井设计规和煤炭工业小型矿井设计规以及其它有关规定；2 、选用取得煤矿矿用产品安全标志证书的高效节能产品，安全可靠，技 术先进，经济合理；3、采矿专业提供的矿井最大涌水量 Q和正常涌水量Q、矿井水PH值、敷设 排水管路井筒的井口和井底标高 H、H2以及井筒坡度、矿井瓦斯等级。二、排水泵站的能力确定1 、最小排水能力计算（1） 、正常涌水量时工作水泵最小排水能力：Q =24Qz/20=1。2Q（2） ）最大涌水量时工作水泵最小排水能力：Q =24Q20=1。2Q2、水泵扬程估算H

2、=K（Hp+Hx）式中，Hp为排水高度,且U= Hi- H2,Hx 为吸水高度 , 估算一般取 Hx=5m,K 为管路损失系数 , 与井筒坡度有关 :立井: K=1.11.15,斜井：当 a <20。. 时,K=1.31.35,a =2030。时，K=1.31.25,a >30。时 , K=1.251.2.3 、 确定水泵台数根据计算的Q、Q、H,查水泵样本选择水泵，并根据拟选水泵的主要技术参 数，初步预计水泵的流量 Q （般为额定流量），按煤矿安全规程第278条 相关规定，分别计算出水泵站內工作水泵、备用水泵、检修水泵台数。水泵站內 水泵总台数 N 按下面两种情况计算。（1）、正

3、常涌水量时： N= n1+ n2+ n3式中，工作水泵台数ni= Q/Qb,且ni> 1,当ni不为整数时，其小数应进位到整数。备用水泵台数n2=0。7 ni,且n2> 1,当压不为整数时，其小数应进位到整数。检修水泵台数 氐=0。25 ni，且n3> 1,当氐不为整数时，其小数应进位到整数。(2) 、最大涌水量时,水泵工作台数 n4= Q2/Qb ,当 n4< n i+ 门2时，贝9 N= ni+ n?+ n3,当 n4 > n i+ n 2 时，贝U N= n°+ n 3。( 3)、水文地质条件复杂、有突水危险的矿井，应根据情况增设水泵，或预 留安装

4、水泵位置。(4)、当矿井水PHC 5时，应选耐酸泵。三、排水管路计算和管路布置1 、管路布置原贝( 1)、根据煤矿安全规程第 278 条规定，井下排水管路应设工作管路和备 用管路。工作管路应能在 20h 排出矿井 24h 正常涌水量， 工作管路和备用管路应 能在 20h 內排出矿井 24h 最大涌水量。( 2)、根据煤矿井下排水泵站及排水管路设计规要求，每台水泵均能经两 条管路排水，排水管路在泵站內宜作环形布置。( 3)、管路和水泵的匹配，宜一管一泵；如果水泵需要并联工作，一趟管路宜 并联 2 台水泵，即一管二泵， 最多不宜超过一管三泵； 有时为了控制管水的流速， 1 台水泵也可并联二趟管路运

5、行。( 4)、水文地质条件复杂、 有突水危险的矿井， 视情况在井筒及管子道预留安 装排水管位置。2、管径计算( 1 )、选择排水干管管径时，应根据矿井涌水量大小和矿井规模及服务年限， 进行技术经济比较，确定合理的流速和管径。( 2)、管径计算1/2dp= ( Q/900 n V )(m),式中：Q 流经管流量(m/h )。一管一泵时Q=Q 管二泵时Q=2Q余类推V管內水流速度，一般排水管內 V=1。52。2 m/s ,当dp>200 mm时，可适当增大，但不宜超过 2。 5 m/s 。3 、管壁厚度计算，介绍两种方法：(1)、根据原煤炭工业部联合编写小组编写的矿井提升、通风、排水、压风

6、设备设计手册中所推荐的公式计算：S =1/1+2p/230(k z-0.65) - p pd p/230(k z-0.65)-P+c(mm (公式一)式中：d p dp排水管外径(mmp 计算管段部最大工作压力(kg/cm2)k z管材许用应力(kg/mm2)，且kz=0。25 c b(T b管材抗拉强度(kg/mm2)，当不知钢号时，无缝钢管取 kz=810 kg/mni, 焊接钢管取 kz=6 kg/mm2。C附加厚度，一般取C=1 mm(2)、根据煤矿井下排水泵站及排水管路设计规(送审稿)中推荐的公式计算：S =S'+cS ' = pDw/2.3 X (R© -

7、 6.4)+p( 公式二)式中 ： p 计算管段的最大工作压力( MPa)Dw排水管外径(cm )r管材许用应力(MPa ,10 # 钢： R=85, 15 # 钢： R=95, 20 # 钢： R=100©管子焊缝系数。 无缝钢管取 1;螺旋焊接钢管：双面焊，全部探伤取 1.; 螺旋焊接钢管：双面焊，不探伤取 0.7.c计入制造负偏差和腐蚀的附加厚度：无缝钢管 ： C=0.15( S' +1) (cm)说明： 管壁厚度计算公式较多， 煤炭系统比较公认的为四大件设计手册中所推荐 的公式，即 (公式一)。因此，在煤矿井下排水泵站及排水管路设计规未批准 实施前, 设计宜采用 (公

8、式一)计算。但因按 (公式二) 计算的管壁厚度比按 (公式 一) 计算的厚度大 ，所以在上述设计规批准后 ，则应采用 (公式二)计算，以使设计 符合规要求。4、根据计算的dp和S,选择标准无缝钢管。5、吸水管dx, 一般比排水管dp大一级，取dx,= d p+0。025 (m),根据dx,选择 标准钢管中管壁最薄的管子即可。四、确定水泵工况点，检验排水系统(包括水泵和管路)设计选型计算的符合 性。确定水泵工况点，就是求出水泵 H-Q特性曲线和管网特性曲线 H= HC +RQ的交点 。鉴于水泵样本给出的 H-Q 特性曲线，系由厂家通过模拟试验数据绘制 而成，并不存在 H=f(Q) 函数关系，因此

9、，不能利用解方程求解。目前一般都采 用作图法确定水泵运行工况，其方法有二。1、第一种方法，也即我院目前使用的方法，其步骤如下：(1) 、首先分段计算管路损失厶h 、 吸水管部分 hx=(入 xLx/d x+EZ x)Vx2/2g V=Q/900 n d2 hx =(入 xLx/d x+EZ x)Q2/2g (900 n dx2) 2=R Q222式中 Rx=(入 xLx/d x+EZ x) /2g(900 n dx ) 、排水管部分a、水泵出口至排水干管段2 hp1=(入 p1 L pd p1 +EZ p1)V p1 /2g2 2 2 2=(入 p1Lpdp1+EZ p1)Q/2g (900n

10、 d p1 ) =Rp1 Q式中 R p1=(入 p1Lpd P1+EZ P1”2g (900n d p12)2b、排水干管段 hp2=(入 p2Lp2/d p2 +EZ p2)V p2 /2g=(入 p2L p2/d p2+EZ p2)(nQ 2/2g (900 n d p22) 2=Rp2 Q22 2 2式中：R p2= n (入 p2L p2/d p2+EZ p2)/2g (900 n d p2 )c、排水管部分阻力损失之和，按水泵与管路运行情况分别计算:2 hp= hp1+ hp2= (R p1 + n R p2) Q2)、绘制管网特性曲线 H= Hc +RQ2式中Hc测量高度，H=

11、Hp+H<R 管道阻力， R= Rx + R p1+ n 2 R p2，将 Hc 、 R 数值代入，并考虑因沉积物使管径变小阻力增大系数，则H = Hp+H+17 (R + Rpi+ n2 R p2) G (新管则不乘1。7系数)。在不同的n 值下(n=1、2、3),给出不同的Q值，即可绘出管网特性曲线 。( 3)、确定水泵运行工况点水泵样本给出的H-Q特性曲线和绘出的管网特性曲线 H= HC +RQf,两条特性曲 线的交点M即为水泵运行工况点(如图1)。该点对应的Q Hn、npsh,即是 水泵运行时的流量、扬程、效率和必须的汽蚀余量。贴插图 1 )(4)、根据工况点对应的 Q H,检验

12、矿井最大涌水量和正常涌水量时水泵工作 台数、管路趟数及每泵工作时间。 水泵和管路的各种配合运行方式, 均应能保证 水泵每天工作时间不超过 20h。从图1可知，此时水泵的实际流量为 Q/,贝U要 求：Ti=24Q/n Q/w 20h , T2=24Q /n Q /w 20h。同时检验排水管中水的流 速，V n Q/ /900 n d p22，如超出经济流速围，则应调整管路系统，或采取其它 措施，直至满足要求。(5) 、计算电动机的容量：先按一管一泵(n=1)运行时水泵工况点对应的 Q H、n计算出水泵的轴功率：N=QHr/102X 3600n电动机的容量：Nd'=KQHr/102x 36

13、00 nn m,式中K 电动机容量的富余系数，K=1 11。2,n m傳动效率，直联取1,联轴节取1。2,r 矿井水的容重，一般 r=1020 kg/m 3 。根据N'选择电动机。（一般电动机由水泵厂成套供应）。（ 6）、按水泵在管路未淤积前 （即新管） 一管一泵运行时水泵的工况计算水泵的 轴功率，检验电动机是否过负荷。2、第二种方法，即四大件设计手册中介绍的方法，其步骤如下：（1）、首先分段计算出管路损失 h h=A hx+A hpi+A hp2，按一管一泵（n=1）运行，计算公式与第一种方法相同。（ 2）、水泵总扬程HZ= Hc +1°7A h+1 （新管则不乘1。7系数

14、）（ 3）、建立管网特性曲线 HZ= Hc +RQ2R=（HZ- H c） / Q 2，（ 4）、确定水泵运行工况点 、一管一台泵运行时水泵的工况点确定一台水泵的H-Q特性曲线和管网特性曲线H= HC +RQ两条特性曲线的交点 3 即为水泵运行工况点，见图 2） 、一管二台泵并联运行时水泵的工况点确定两台同型号水泵并联特性曲线的绘制，是在相同扬程条件下，两台水泵流量 相加绘成的，如图 2 所示。它与管网特性曲线（按一管一台泵运行）之交点 1 即为二台并联水泵的工况点，点1对应的Q H为并联工作水泵的实际流量和扬 程；点2为并联工作时每台水泵的工作点；点3为一台水泵单独工作时的工作点。 从图 2

15、 可知，Q= Q 1+ Q 1= 2 Q 1, 一般 Q=（ 1。81。6） Q。贴插图 2） 、一管三台泵并联运行时水泵的工况点确定与一管二台泵并联运行时水泵的工况点确定方法相同，如图 3 所示。贴插图 3) 、三台相同水泵向两条管路输水的并联工作， 如图4所示。除了一条管路的特 性曲线C-E外，还要绘制两条管路的合成特性曲线 C E'。合成特性曲线的绘 制，是在同一扬程下把管路中的流量相加而成。 图中：点 1 定出泵站的最大输水 量，点2定出每条管路中的输水量，点3定出每台水泵的输水量。贴插图 4) 选择电动机和计算水泵工作时间，与第一种方法相同。3、两种方法的比较第一种方法是先计

16、算出一管一泵或一管多泵管路特性曲线， 它们与水泵特性曲 线的交点即为水泵运行工况点，也就是先定出单台水泵Q,再计算泵站输水量。而第二种方法则是先定泵站输水量，再定出每台水泵Q但两种方法的共同点都是基于水泵并联运行时管中的流量 Q成倍增加，并以此绘制并联后的水泵特性曲 线和管路特性曲线。实际上流量 Q并不是成倍增加(约为1。81。6倍)，因而都存在一定的误差。 但第一种方法中并联管路特性曲线是通过计算后一次绘制 的，而第二种方法中并联管路特性曲线是通过人工二次合成的， 因而相对误差较 第一种方法为大。五、泵站布置1 、泵站主要尺寸(1) 、泵站长度 L=n L 1 +(n-1) L 2+(35)

17、 (m)式中 : L 1机组长度，L 2机组间净间距，应满足电动机抽芯和水泵检修的需要，35 m是考虑值班室和堆放检修工具及零配件的需要，可视具体情况 而定。(2) 、泵站宽度 B=Bi+1/2B2+Bs+E4+B+0。3 (m)式中 : B 1机组基础边(靠吸水井侧)至硐室壁的距离，B 2机组基础宽度B 3水泵或电动机外型(靠轨道侧)至基础中心距离，B 4水泵或电动机或平板车中最大件宽度，B5水泵启动控制箱的厚度，0 。3 m 为考虑最大件通过轨道运输时两侧预留的间隙。(3) 、起重高度 H=h1+h2+h3+h4+h5+h6+h7式中 : h 1- 机组基础高度h2-水泵轴中心至机组基础高

18、度h 3 附加短管高度（不加时， h3=0）h4闸阀高度（当止回阀采用多功能控制阀时，h4=0）h5止回阀或多功能控制阀高度h6三通高度h7起重吊钩至起重梁底面高度但当排水干管敷设在起重梁下时，其H应满足法兰底部距泵站地面1。8 m的 要求。2、其他相关尺寸（ 1 ）、水泵、吸水管、配水井、 吸水井及水仓相互之间主要尺寸关系如图所示。贴插图）a0 短管长度，可根据实际情况确定；ai偏心异径管长度，不宜小于大小管径差的5倍；（ a0+a1） 水泵入口前直管段总长度，不宜小于 3 倍的水泵吸水口直径；bi吸水管滤网中心线距最近井壁的距离，距后壁可取（0。81。0） DX；距侧壁可取1。5 Dx，且

19、不小于DX+100mm;DX吸水管滤网直径；D配水闸阀公称直径；ci配水闸阀之间最小净距，不应小于 150mrpC2配水闸阀操作手轮之间净距，不应小于500mmC3配水闸阀操作手轮距配水井井壁间距，不应小于700mm当双配水井集 中布置共享一个壁龛时，可不受限制；C4配水闸阀法兰距配水井井壁间距，不应小于200mmhi 配（吸）水井最低水位到吸水管滤网上缘距离 ，不得小于（11。25） DX, 且不得小于 500mm；hx吸水管滤网下缘距吸水井底距离， 不得小于（0。60。8）D,且不得小于500mm；lx吸水管滤网中心线至吸水井入口距离，不得小于4DX。（ 2）、吸水井每台水泵宜单独使用一个

20、吸水井， 确定吸水井直径时应考虑水泵工作时吸水井內水面波动不太大，同时应考虑安装、检修、清理吸水井的需要。一般D> 1500mm （ 3）、配水井 一般配水井兼作吸水井，其尺寸大小应根据安装设备多少，考虑安装、检修、 清理工作需要。六、管路布置与安装1 、管路敷设（1）、立井井筒中排水管敷设位置应与采矿专业协商，尽可能靠近梯子间，并 留有足够的安装、检修和更换空间。（2）、立井井筒中排水管底部应设置弯头管座及其支承梁。 当排水管路垂高较大（大于400m时，应在中间加设直管座及支承梁，其间距取100150m（3）、排水管在井筒中间用管卡固定在防弯梁上。 防弯梁一般利用罐道梁或梯子 间梁，不能利用时，应设单独的防弯梁。管